Грунты основания фундамента: характеристики и классификация

Фундаментно-опорным основанием принято считать слой грунта, на котором размещается фундаментная платформа. При этом вес конструкций распределяется и на слои нижерасположенные, поэтому для просчета фундаментного основания необходимо владеть информацией о геологической структуре пород на строительной площадке.

При моделировании считается, что грунтовые породы состоят из следующих трех составляющих: твердых частиц, воды и газов. Первые при эталонных расчетах представляют собой пористую структуру, газы – пузырьковую модель. Вода же рассматривается в двух аспектах: как несвязанная (пористая) и как связанная (входящая в состав) кристаллическая решетка.

При этом считается, что грунтовые породы при деформациях – это упруго-пластичная среда: под давлением сжимается, а при разгрузке возвращается в исходное положение.

К основным физическим характеристиками грунтов относятся:

• насыщенность структуры;
• уплотненность высушенной породы;
• влагосодержание;
• степень рыхлости (соотношение объемов полостей к общей величине грунта);
• величина податливости для глиносодержащих масс (разница пределов текучести и пластичности).

К механическим критериям пород относят:

• модуль деформации Юнга (соотношение величины давления на грунт к изменению его деформации)
• величина удельного сцепления грунта (зависимость сопротивления грунтовому смещению)
• угол внутрипочвенного трения слоев между собой.

Классифицируются грунты на следующие виды.

Скальные грунты – это слой скальной породы, имеющий высочайшую плотность и модуль деформации при отсутствии пор в своей структуре. При проведении строительных работ с таким грунтом, учитывается, что фундаментная несущая основа прочнее структуры фундаментной подошвы, и деформация происходит внутри самого фундамента.

Крупнофрагментные породы – это грунты, состоящие из крупных фракционных частиц (с радиусом более 5 см) с песчаными и глиняными включениями. Их отличительной чертой является наличие в составе более 50% крупных частиц, таких как галька и щебень. По своим свойствам такая субстанция, по сути, не деформируется, и эта величина зависит от структуры мелких фракций, представленных глиной, пылью и песком.

Глиносодержащие грунты – это влагосодержащие, легкодеформируемые, склонные к деформации вследствие воздействия температуры (как при нагревании, так и при охлаждении), а также имеющие малую интенсивность осадки смеси, в составе которых присутствуют частицы меньше 0,01 мм.

Такие почвы в зависимости от процента содержания глинистых фракций разделяют на супеси, суглинки и глины.

В случае содержания глинистых частиц до десяти процентов от общего объема, смесь при ее раскатывании в ладонях оказывается раскрошившейся.

В суглинке содержание глиняных элементов от десяти до тридцати процентов, и при этом такую смесь можно скатать в колбаску или шарики диаметром 0,01 м. При оказании воздействия на такие скатанные фигуры в них образовываются трещины.

Если содержание частиц более тридцати процентов, то такие смеси называют глинами. Их легко можно скатать в тонкие колбаски, которые не дают трещин.

Песчанистые грунты – смеси, не имеющие между своей структурой связей. Их отличие в сыпучести. Песочные смеси классифицируются по величине крупинок:

• если их размер составляет 0,25-5 мм, то это гравелистый песок;
• 0,25-2 мм – крупный;
• 0,1-1 мм – средний;
• меньше 0,1 мм – пылевидный.

Чем больше значение песчаных частиц, тем больше значение модуля деформации. Как следствие, нехватка песка для строительных работ – высокая степень вибрационной текучести и сыпучесть.

Классифицировать грунты можно как на глаз, так и экспериментально – путем скатывания. Но для проведения расчетов необходимо получение лабораторных данных с образцов по физико-механическим критериям.

Основа под фундамент может быть естественной (грунтовая смесь на своей строительной площадке) или искусственной (требующая дополнительного замещения высокопрочной смесью (галькой или щебнем) естественного слоя грунтовой породы).

Непрочные основы – это геологические породы, строительные показатели которых не дают возможности возведения прочной конструкции. Работать с такими основаниями можно, но только в случае их замены или дополнительного усиления. Укрепление почвы рассчитано на преобразование структуры в более прочную.

Упрочнение осуществляется:

• цементированием – добавление раствора цемента;
• силикатированием – внесение раствора жидкого стекла;
• смолизацией – добавление специальных смол;
• заморозкой (химический способ, применимый для песчанистых грунтов);
• запеканием (термический способ для глиносодержащих грунтов).